Eter celuloze u proizvodima na bazi cementa

Eter celuloze je vrsta višenamjenskog aditiva koji se može koristiti u cementnim proizvodima. U ovom radu su predstavljena hemijska svojstva metil celuloze (MC) i hidroksipropil metil celuloze (HPMC/) koje se obično koriste u cementnim proizvodima, metoda i princip neto rastvora i glavne karakteristike rastvora. O smanjenju temperature i viskoznosti termičkog gela u cementnim proizvodima raspravljalo se na osnovu praktičnog proizvodnog iskustva.

Ključne riječi:celulozni eter; Metil celuloza;Hidroksipropil metil celuloza; Temperatura vrućeg gela; viskozitet

1. Pregled

Eter celuloze (skraćeno CE) se proizvodi od celuloze reakcijom eterifikacije jednog ili više agenasa za eterifikaciju i suvim mlevenjem. CE se može podijeliti na jonske i nejonske tipove, među kojima je nejonski tip CE zbog svojih jedinstvenih karakteristika termičkog gela i rastvorljivosti, otpornosti na sol, otpornosti na toplinu i odgovarajuće površinske aktivnosti. Može se koristiti kao sredstvo za zadržavanje vode, sredstvo za suspenziju, emulgator, sredstvo za formiranje filma, lubrikant, ljepilo i reološki poboljšivač. Glavna strana potrošačka područja su premazi od lateksa, građevinski materijali, bušenje nafte i tako dalje. U poređenju sa inostranstvom, proizvodnja i primena CE rastvorljivog u vodi je još uvek u povojima. Uz unapređenje zdravlja ljudi i ekološke svijesti. Vodotopivi CE, koji je bezopasan za fiziologiju i ne zagađuje okolinu, imat će veliki razvoj.

U oblasti građevinskih materijala obično se bira CE je metil celuloza (MC) i hidroksipropil metil celuloza (HPMC), može se koristiti kao plastifikator boja, maltera, maltera i cementnih proizvoda, viskozifikator, sredstvo za zadržavanje vode, agens za uvlačenje vazduha i agens za usporavanje. Većina industrije građevinskih materijala koristi se na normalnim temperaturama, pri čemu se koriste suhe mješavine praha i vode, manje uključuju karakteristike rastvaranja i karakteristike vrućeg gela CE, ali u mehaniziranoj proizvodnji cementnih proizvoda i drugim posebnim temperaturnim uvjetima, ove karakteristike CE će igrati potpuniju ulogu.

2. Hemijska svojstva CE

CE se dobija obradom celuloze nizom hemijskih i fizičkih metoda. Prema različitoj hemijskoj supstitucijskoj strukturi, obično se mogu podijeliti na: MC, HPMC, hidroksietil celulozu (HEC), itd. : Svaki CE ima osnovnu strukturu celuloze — dehidriranu glukozu. U procesu proizvodnje CE, celulozna vlakna se prvo zagrijavaju u alkalnoj otopini, a zatim se tretiraju agensima za eterifikaciju. Vlaknasti produkti reakcije se pročišćavaju i usitnjavaju kako bi se formirao jednolični prah određene finoće.

Proizvodni proces MC koristi samo metan hlorid kao agens za eterifikaciju. Pored upotrebe metan hlorida, proizvodnja HPMC takođe koristi propilen oksid za dobijanje hidroksipropilnih supstituent grupa. Različiti CE imaju različite stope supstitucije metila i hidroksipropila, što utiče na organsku kompatibilnost i temperaturu termalnog gela CE rastvora.

Broj supstitucijskih grupa na dehidriranim glukoznim strukturnim jedinicama celuloze može se izraziti procentom mase ili prosječnim brojem supstitucijskih grupa (tj. DS — Stepen supstitucije). Broj supstituentskih grupa određuje svojstva CE proizvoda. Učinak prosječnog stepena supstitucije na rastvorljivost proizvoda eterifikacije je sljedeći:

(1) nizak stepen supstitucije rastvorljiv u lužini;

(2) blago visok stepen supstitucije rastvorljiv u vodi;

(3) visok stepen supstitucije rastvorenog u polarnim organskim rastvaračima;

(4) Veći stepen supstitucije rastvorenog u nepolarnim organskim rastvaračima.

3. Metoda rastvaranja CE

CE ima jedinstveno svojstvo rastvorljivosti, kada temperatura poraste na određenu temperaturu, nerastvorljiv je u vodi, ali ispod ove temperature, njegova rastvorljivost će se povećati sa smanjenjem temperature. CE je rastvorljiv u hladnoj vodi (iu nekim slučajevima u specifičnim organskim rastvaračima) kroz proces bubrenja i hidratacije. CE otopine nemaju očigledna ograničenja rastvorljivosti koja se pojavljuju u rastvaranju jonskih soli. Koncentracija CE je općenito ograničena na viskozitet koji se može kontrolirati proizvodnom opremom, a također varira u zavisnosti od viskoziteta i hemijske raznolikosti koju zahtijeva korisnik. Koncentracija otopine CE niskog viskoziteta je općenito 10% ~ 15%, a CE visokog viskoziteta općenito je ograničena na 2% ~ 3%. Različite vrste CE (kao što je prah ili površinski tretirani prah ili granulat) mogu utjecati na pripremu otopine.

3.1 CE bez površinske obrade

Iako je CE rastvorljiv u hladnoj vodi, mora se u potpunosti raspršiti u vodi kako bi se izbjeglo zgrudavanje. U nekim slučajevima, mikser ili lijevak velike brzine mogu se koristiti u hladnoj vodi za raspršivanje CE praha. Međutim, ako se neobrađeni prah dodaje direktno u hladnu vodu bez dovoljnog miješanja, formirat će se značajne grudvice. Glavni razlog zgrušavanja je taj što čestice CE praha nisu potpuno mokre. Kada se samo dio pudera otopi, formira se gel film koji sprječava da se preostali prah dalje otapa. Stoga, prije rastvaranja, CE čestice bi trebale biti potpuno dispergirane što je više moguće. Sljedeće dvije metode disperzije se obično koriste.

3.1.1 Metoda disperzije suhe mješavine

Ova metoda se najčešće koristi u cementnim proizvodima. Prije dodavanja vode, ravnomjerno pomiješajte drugi prah sa CE prahom, kako bi se čestice CE praha raspršile. Minimalni omjer miješanja: Drugi prah: CE prah = (3 ~ 7) : 1.

U ovoj metodi, CE disperzija se završava u suhom stanju, koristeći drugi prah kao medij za međusobno raspršivanje CE čestica, kako bi se izbjeglo međusobno vezivanje CE čestica prilikom dodavanja vode i utjecalo na dalje otapanje. Zbog toga za disperziju nije potrebna topla voda, ali brzina rastvaranja zavisi od čestica praha i uslova mešanja.

3.1.2 Metoda disperzije tople vode

(1) Prvu 1/5~1/3 potrebnog zagrijavanja vode na 90C iznad, dodajte CE, a zatim miješajte dok se sve čestice ne pokvase, a zatim preostalu vodu dodajte u hladnu ili ledenu vodu kako biste smanjili temperaturu rastvor, kada je dostigao temperaturu rastvaranja CE, prašak je počeo da se hidrira, viskoznost se povećala.

(2) Također možete zagrijati svu vodu, a zatim dodati CE da se miješa dok se hladi dok se hidratacija ne završi. Dovoljno hlađenje je veoma važno za potpunu hidrataciju CE i stvaranje viskoziteta. Za idealan viskozitet, MC rastvor treba da se ohladi na 0~5℃, dok HPMC treba da se ohladi samo na 20~25℃ ili niže. Budući da potpuna hidratacija zahtijeva dovoljno hlađenje, HPMC rješenja se obično koriste tamo gdje se ne može koristiti hladna voda: prema informacijama, HPMC ima manje smanjenje temperature od MC na nižim temperaturama kako bi se postigao isti viskozitet. Vrijedi napomenuti da metoda disperzije tople vode samo čini da se CE čestice ravnomjerno raspršuju na višoj temperaturi, ali se u ovom trenutku ne formira otopina. Da bi se dobila otopina određene viskoznosti, mora se ponovo ohladiti.

3.2 Površinski obrađen disperzibilni CE prah

U mnogim slučajevima, CE mora imati karakteristike disperzibilnosti i brze hidratacije (formiranje viskoznosti) u hladnoj vodi. Površinski tretiran CE je privremeno nerastvorljiv u hladnoj vodi nakon specijalnog hemijskog tretmana, što osigurava da kada se CE doda u vodu, neće odmah formirati očigledan viskozitet i može se dispergovati pod relativno malim uslovima smicanja. “Vrijeme kašnjenja” hidratacije ili formiranja viskoziteta rezultat je kombinacije stepena površinske obrade, temperature, pH sistema i koncentracije CE rastvora. Kašnjenje hidratacije se općenito smanjuje pri višim koncentracijama, temperaturama i pH razinama. Općenito, međutim, koncentracija CE se ne razmatra sve dok ne dostigne 5% (maseni omjer vode).

Za najbolje rezultate i potpunu hidrataciju, površinski tretirani CE treba miješati nekoliko minuta u neutralnim uvjetima, s pH rasponom od 8,5 do 9,0, dok se ne postigne maksimalni viskozitet (obično 10-30 minuta). Jednom kada se pH promijeni u bazični (pH 8,5 do 9,0), površinski tretirani CE se potpuno i brzo otapa, a otopina može biti stabilna na pH 3 do 11. Međutim, važno je napomenuti da podešavanje pH suspenzije visoke koncentracije će uzrokovati da viskozitet bude previsok za pumpanje i sipanje. pH treba podesiti nakon što se suspenzija razrijedi do željene koncentracije.

Ukratko, proces rastvaranja CE uključuje dva procesa: fizičku disperziju i hemijsko rastvaranje. Ključno je da se CE čestice međusobno rasprše prije rastvaranja, kako bi se izbjegla aglomeracija zbog visokog viskoziteta tokom rastvaranja na niskim temperaturama, što će uticati na dalje otapanje.

4. Osobine CE rješenja

Različite vrste CE vodenih otopina će gelirati na svojim specifičnim temperaturama. Gel je potpuno reverzibilan i formira rastvor kada se ponovo ohladi. Reverzibilno termalno geliranje CE je jedinstveno. U mnogim cementnim proizvodima, glavna upotreba viskoziteta CE i odgovarajućih svojstava zadržavanja vode i podmazivanja, a viskozitet i temperatura gela imaju direktnu vezu, ispod temperature gela, što je niža temperatura, to je viskozitet CE, što je bolje odgovarajuće performanse zadržavanja vode.

Trenutno objašnjenje za fenomen gela je sljedeće: u procesu rastvaranja, ovo je slično

Molekuli polimera niti se spajaju sa molekularnim slojem vode, što rezultira bubrenjem. Molekuli vode djeluju kao ulje za podmazivanje, koje može rastaviti dugačke lance polimernih molekula, tako da otopina ima svojstva viskozne tekućine koju je lako izbaciti. Kada se temperatura otopine poveća, celulozni polimer postupno gubi vodu i viskoznost otopine se smanjuje. Kada se postigne tačka gela, polimer postaje potpuno dehidriran, što rezultira vezom između polimera i formiranjem gela: snaga gela nastavlja da raste kako temperatura ostaje iznad tačke gela.

Kako se otopina hladi, gel počinje da se okreće i viskozitet se smanjuje. Konačno, viskoznost rashladnog rastvora se vraća na početnu krivulju porasta temperature i raste sa smanjenjem temperature. Rastvor se može ohladiti do početne vrijednosti viskoziteta. Stoga je proces termičkog gela CE reverzibilan.

Glavna uloga CE u cementnim proizvodima je kao viskozifikator, plastifikator i sredstvo za zadržavanje vode, tako da je kako kontrolirati viskozitet i temperaturu gela postao važan faktor u cementnim proizvodima, obično se koristi njegova početna temperatura gela ispod dijela krivulje, pa što je temperatura niža, to je viskozitet veći, očigledniji je efekat zadržavanja vode u viskozifikatoru. Rezultati ispitivanja linije za proizvodnju cementnih ploča za ekstruziju također pokazuju da što je niža temperatura materijala pod istim sadržajem CE, to je bolji učinak viskozifikacije i zadržavanja vode. Kako je cementni sistem izuzetno složen sistem fizičkih i hemijskih svojstava, postoji mnogo faktora koji utiču na promjenu temperature i viskoziteta CE gela. A utjecaj različitih trendova i stupnjeva taianina nije isti, pa je praktična primjena također otkrila da nakon miješanja cementnog sistema, stvarna temperatura gela CE (to jest, pad efekta zadržavanja ljepila i vode je vrlo očigledan na ovoj temperaturi ) su niže od temperature gela naznačene u proizvodu, stoga pri odabiru CE proizvoda treba uzeti u obzir faktore koji uzrokuju pad temperature gela. Slijede glavni faktori za koje vjerujemo da utiču na viskozitet i temperaturu gela CE otopine u cementnim proizvodima.

4.1 Utjecaj pH vrijednosti na viskozitet

MC i HPMC su nejonski, tako da viskozitet otopine od viskoziteta prirodnog ionskog ljepila ima širi raspon DH stabilnosti, ali ako pH vrijednost prelazi raspon od 3 ~ 11, oni će postepeno smanjiti viskozitet na višoj temperaturi ili u skladištenju tokom dužeg vremenskog perioda, posebno rastvora visokog viskoziteta. Viskoznost otopine CE proizvoda opada u jakoj kiselini ili otopini jake baze, što je uglavnom zbog dehidracije CE uzrokovane bazom i kiselinom. Stoga se viskoznost CE obično smanjuje do određene mjere u alkalnoj sredini cementnih proizvoda.

4.2. Utjecaj brzine zagrijavanja i miješanja na proces gela

Na temperaturu tačke gela će uticati kombinovani efekat brzine zagrevanja i brzine smicanja mešanja. Visoka brzina miješanja i brzo zagrijavanje općenito će značajno povećati temperaturu gela, što je povoljno za cementne proizvode nastale mehaničkim miješanjem.

4.3 Utjecaj koncentracije na vrući gel

Povećanje koncentracije rastvora obično snižava temperaturu gela, a tačke gela niskog viskoziteta CE su veće od onih visokog viskoznog CE. Kao što je DOW-ov METHOCEL A

Temperatura gela će se smanjiti za 10℃ za svakih 2% povećanja koncentracije proizvoda. Povećanje koncentracije proizvoda tipa F od 2% smanjit će temperaturu gela za 4℃.

4.4. Utjecaj aditiva na termičko geliranje

U oblasti građevinskih materijala, mnogi materijali su anorganske soli, koje će imati značajan uticaj na temperaturu gela CE rastvora. Ovisno o tome da li aditiv djeluje kao koagulant ili sredstvo za otapanje, neki aditivi mogu povećati temperaturu termalnog gela CE, dok drugi mogu smanjiti temperaturu termalnog gela CE: na primjer, etanol koji poboljšava otapalo, PEG-400 (polietilen glikol) , andiol, itd., mogu povećati tačku gela. Soli, glicerin, sorbitol i druge supstance će smanjiti tačku gela, nejonski CE se generalno neće istaložiti zbog polivalentnih metalnih jona, ali kada koncentracija elektrolita ili drugih otopljenih supstanci pređu određenu granicu, CE proizvodi se mogu soliti u rješenje, to je zbog konkurencije elektrolita s vodom, što rezultira smanjenjem hidratacije CE, Sadržaj soli u otopini CE proizvoda je općenito nešto veći od onog u Mc proizvoda, a sadržaj soli je malo drugačiji u različitim HPMC.

Mnogi sastojci u cementnim proizvodima dovest će do pada tačke gela CE, tako da pri odabiru aditiva treba uzeti u obzir da to može uzrokovati promjenu tačke gela i viskoziteta CE.

5. Zaključak

(1) eter celuloze je prirodna celuloza reakcijom eterifikacije, ima osnovnu strukturnu jedinicu dehidrirane glukoze, prema vrsti i broju supstituentskih grupa na svom zamjenskom mjestu i ima različita svojstva. Nejonski etar kao što su MC i HPMC može se koristiti kao viskozifikator, agens za zadržavanje vode, agens za uvlačenje zraka i drugi koji se široko koriste u proizvodima građevinskih materijala.

(2) CE ima jedinstvenu rastvorljivost, formirajući rastvor na određenoj temperaturi (kao što je temperatura gela) i formirajući čvrsti gel ili mešavinu čvrstih čestica na temperaturi gela. Glavne metode rastvaranja su metoda disperzije suhog miješanja, metoda disperzije tople vode, itd., u cementnim proizvodima koja se obično koristi je metoda disperzije suhog miješanja. Ključ je da se CE ravnomjerno rasprši prije nego što se otopi, formirajući otopinu na niskim temperaturama.

(3) Koncentracija rastvora, temperatura, pH vrednost, hemijska svojstva aditiva i brzina mešanja će uticati na temperaturu gela i viskozitet CE rastvora, posebno cementni proizvodi su rastvori anorganske soli u alkalnom okruženju, obično smanjuju temperaturu gela i viskozitet CE rastvora , donoseći štetne efekte. Stoga, prema karakteristikama CE, prvo ga treba koristiti na niskoj temperaturi (ispod temperature gela), a drugo, treba uzeti u obzir uticaj aditiva.